304不锈钢表面稀土氧化物涂层的制备及超疏水性能的研究

发布时间：2020-07-05 22:20

【摘要】：在不锈钢表面制备具有超疏水性能的涂层对拓宽不锈钢的应用领域具有非常重要的意义。本文针对传统在304不锈钢表面采用氟硅烷类等有机物改性制备的超疏水涂层热稳定性差的问题,采用阴极电沉积和高真空处理相结合的方法分别在304不锈钢表面制备了具有热稳定性的Ce O_2和La_2O_3超疏水涂层,研究了涂层的制备中电解液成分、沉积时间和沉积温度对涂层表面形貌、物相成分及疏水性能的影响,并探究了涂层的形成机制和和耐热、耐久性能。研究发现,电解液中添加H_2O_2对于提高Ce O_2的疏水性能至关重要,随着添加H_2O_2比例的增加Ce O_2涂层表面的接触角逐渐增加到150.3°±2.2°,Ce Cl_3和La Cl_3浓度的增加并不能提高涂层的水接触角,沉积温度对Ce O_2和La_2O_3涂层的表面形貌以及疏水性能有较大影响,提高沉积温度可明显改善Ce O_2涂层的形貌及疏水性能,直到增加沉积温度为55℃时涂层的疏水性能下降,而沉积温度的提高对于La_2O_3涂层的制备是不利的,沉积温度为45℃和55℃时304不锈钢基体表面有很多地方未沉积涂层。实验还发现最佳沉积时间为30min,继续增加沉积时间不能提高Ce O_2和La_2O_3涂层的疏水性能。分别对304不锈钢表面制得的Ce O_2和La_2O_3涂层进行了耐热性能测试,Ce O_2和La_2O_3涂层均能在200℃下加热处理30min后保持良好的疏水性能,在250℃下加热30min后涂层失去疏水性能,将涂层重新进行真空处理后,涂层可完全或恢复绝大部分疏水性能。分别对制得的La_2O_3和Ce O_2涂层进行了胶带粘贴撕拉实验测试其耐久性能,对于Ce O_2涂层,经过3次撕拉实验后,接触角基本保持不变,撕拉10次后接触角逐渐下降到125°,仍然具有疏水性能。对于La_2O_3涂层,随着胶带的撕拉次数增加,涂层的疏水角逐渐降低,撕拉5次后涂层的水接触角降低为121°。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

图 1-2 液体滴在粗糙表面的不同状态[12]a) wenzel 模型；b) Cassie-Baxter 模型Wenzel 理论中假设液体与固体表面接触时，液体完全渗入到糙结构中，如图 1(a)所示。达到热力学平衡时，固体表面的给定表面的粗糙因子之间存在线性关系如：

假设给定的水-固体界面的面积分数数为 1-f，对于空气而言与固体表面接触角为的表观接触角 θc可表示为：cosθc= f(1+cosθ)-1 坦的固体表面的本征接触角，因此，对于固体表面，表观接触角(θc)仅与固体所占的疏水表面，固体部分的贡献应该尽可能小固体材料。研究发现荷叶表面具有微米级分布有纳米级的凸起结构，这种微米/纳米自洁表面是非常重要的[19]。单一的微米或上产生接触角滞后，即使在 Cassie-Baxter 类似于荷叶表面的疏水状态只是 Cassie-Ba莲花”状态。在实际的疏水表面，Wenzel 和状态[12]，如图 1-3 所示，当表面以特定角动。

图 1-4 304 不锈钢超疏水表面的 SEM 图片[20]Boccaccini[21]等人利用 HF 或 HCl 刻蚀 316L 不锈钢表面，并用面改性相结合的方法在不锈钢基底获得了具有微米级结构的不，水滴在其表面的接触角约为 158.3°。图 1-5 是用 HCl 刻蚀 3表面 0min、1min、3min、5min 和 10min 的表面组织形貌图。

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 张友法;余新泉;周荃卉;李康宁;;超疏水钢表面的制备及其抗结霜性能[J];东南大学学报(自然科学版);2010年06期

本文编号：2743208